AI시스템은 초고속 연산 및 추론을 위해 수 천개의 CPU와 이를 보완하는 GPU가 협력하기에 수 백 메가와트에 달하는 전력이 필요하다.
국내 연구팀이 현 AI시스템의 전력과사용 한계를 극복할 수 있는 인간 뇌 모방 AI반도체 소자를 개발하는데 성공했다.
연세대 IT융합공학과 권장연 교수 연구팀은 인간 뇌의 신경전달 과정에서 중요한 수소이온 활성 효과를 모방해 획기적인 AI반도체 소자를 개발했다고 14일 밝혔다.
연구팀은 기존 연구가 뉴런 간 연결 구조를 단순히 모방하는 데 그친 것에서 벗어나 생체 물질인 펩타이드를 사용해 실제 신경전달물질의 수송 전 준비 단계인 수소이온 활성 과정을 완벽 모사했다.
연구팀은 공기 중 수소를 모아 전달할 수 있는 팔라듐 전극을 새롭게 소자에 적용했다. 팔라듐 전극은 전압을 가했을 때 수소이온을 분비하는데, 이 특성을 활용해 소자가 마치 인간 뇌의 신경처럼 신호를 주고받는 효과를 구현한 것이다.
뇌의 정교한 신호 전달 방식을 모방한 소자는 수소이온 입력을 통해 인공 시냅스 소자의 학습과 기억 능력을 조절할 수 있는 기능까지 갖췄다.
높은 학습 정확도를 보이는 고정밀 모드와 전력효율이 뛰어난 저전력 모드를 자유롭게 전환할 수 있게된 것이다. 특히 뇌의 복합적인 작동 방식을 모방해 단일 소자로 다양한 성능을 구현할 수 있는 장점을 지니고 있다.
연구팀은 "이중 전압 입력을 통해 뇌 속 신경전달물질이 이동하기 전 단계의 과정을 재현해 에너지 효율과 판단 능력을 높이는 데 중점을 뒀다"면서 "향후 뉴로모픽 칩, 자율주행 자동차, 인공지능, 로보틱스 등 첨단 기술에 활용될 핵심 기술이 될 것"으로 기대했다.
권 교수는 “이번 연구는 시냅스 구조를 모방하는 기존 뉴로모픽 연구의 틀에서 탈피, 실제 신경전달물질이 수송되는 메커니즘을 모사해 구동 입력을 통해 전기적 특성 조절이 가능한 소자를 구현했다는 점에서 의의가 있다”며 “자연 모방 접근법을 통해 AI반도체 연구에 새 방향을 제시했다"고 말했다.
한국연구재단에서 약 3년간의 지원자금을 받아 개발한 이 기술은 세계적 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 18.5)’ 11월 5일 최신 호에 게재됐다.
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